一种电池低压自动切断电路及其工作方法与流程

1.本发明涉及电压切断电路技术领域，尤其涉及一种电池低压自动切断电路及其工作方法。


背景技术：

2.随着现代电子科技的发展、人们对物质生活需求的不断提高，便携式设备如mifi(移动路由器，mobile wifi)、无线路由、数码相机、无线耳机、对讲机、无线鼠标等已遍布到各个行业，为了使这些便携式设备能够随时随地携带到任何地方使用，都会配备一个一定容量的锂电池，在使用过程中，电池电量会不断减小，当电池电量降低到不足以为设备提供需求的电流电压时，设备会处于不稳定的状态，设备就需要关断电池供电线路。
3.目前的电池关断电路主要是以比较、计算电池电压的方式实现，具体地，电池电压接若干高精度电阻分压后接到迟滞比较器的输入端，当电池电压低于迟滞比较器的负向阀值时，迟滞比较器输出低电平，电池与设备电路板之间的mos电子开关的栅极，接收到迟滞比较器输出的低电平，mos管不导通，从而切断了电池与内部电路的电路连接；只有在电池充电至电压大于迟滞比较器的正向阀值，迟滞比较器再次输出高电平使能mos电子开关，设备才能继续工作。上述的迟滞比较器就是一个用运算放大器搭建的带迟滞功能的比较器，因为电池在通电与断电状态会有压差，所以需要迟滞功能。
4.但是迟滞比较器需要用分立原件搭建，会用到有电压基准、迟滞功能、和运算放大器，电路元器件多、线路繁杂，并且因为要用电阻计算分压值，精度有偏差，电池的切断、恢复电压值就会有所偏差；为了保证电路的稳定性，设置的电池电压关断点，还需要人为地提高电压的安全区间，在关机时电池实际上还有一部分电量还未使用，导致设备的实际续航时间降低；另外因为迟滞比较器是用电源电压供电，所以在设备关断时，仍然会有漏电流，会加速电池的放电损耗，直至电池过放保护。
5.因此，有必要设计一种新的电路，以解决上述电路的缺点。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种电池低压自动切断电路及其工作方法。
7.为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种电池低压自动切断电路，包括：比较单元、电子开关以及定时激励单元；所述定时激励单元内设有机械开关；所述电子开关、所述机械开关以及所述定时激励单元分别与电池连接，其中，所述比较单元，用于采集设备内部电路的供电电压，并进行比较，以输出电平信号；所述电子开关，用于根据所述电平信号进行截断或导通；所述定时激励单元，用于当设备插上电源适配器并且闭合所述机械开关时，将电池电压输送至电子开关，当电池电量降低以导致设备内部供电电压不稳定或者低于比较单元的比较电压阀值时，比较单元输出低电平，电子开关关断。
8.其进一步技术方案为：还包括第一开关电源单元以及第二开关电源单元，所述第
一开关单元与所述第二开关电源连接，所述电子开关的一端连接在所述第一开关电源单元以及所述第二开关电源单元之间。
9.其进一步技术方案为：所述第一开关电源单元包括用于与电源适配器连接的第一开关电源芯片u15，所述第一开关电源芯片u15与所述第二开关电源单元连接的一端连接有一端接地的第一分压子单元，所述第一分压子单元包括分压电阻r256以及分压电阻r257，所述分压电阻r256分别与所述第一开关电源芯片u15以及所述分压电阻r257连接，所述分压电阻r257接地。
10.其进一步技术方案为：所述第二开关电源单元包括用于与设备内部电路连接的第二开关电源芯片u16，所述第二开关电源芯片u165与所述设备内部电路连接的一端连接有一端接地的第二分压子单元，所述第二分压子单元包括分压电阻r260以及分压电阻r261，所述分压电阻r260分别与所述第二开关电源芯片u16以及所述分压电阻r261连接，所述分压电阻r261接地。
11.其进一步技术方案为：所述比较单元包括电压比较器u360，所述电压比较器u360的输入端与所述设备内部电路连接，所述电压比较器u360的输出端与所述电子开关连接。
12.其进一步技术方案为：所述电子开关包括pmos管m1以及pmos管m2；当所述电压比较器u360的输出端输出高电平时，所述pmos管m1的栅极以及pmos管m2的栅极被拉低，所述电池的电压输入至所述第二开关电源单元后输入至所述设备内部电路；当所述电压比较器u360的输出端输出低电平时，所述pmos管m1以及所述pmos管m2截断。
13.其进一步技术方案为：所述pmos管m1与所述电压比较器u360之间连接有三极管q35，所述pmos管m2与所述电压比较器u360之间连接有三极管q40。
14.其进一步技术方案为：所述机械开关包括机械开关按钮j14。
15.其进一步技术方案为：还包括状态指示单元，所述状态指示单元，用于指示电池的接入状况。
16.另外，本发明要解决的技术问题还在于提供一种电池低压自动切断电路的工作方法，包括：
17.当由电池通过电子开关对设备内部电路供电时，电池电压降低使得输入设备内部电路的电压降低，比较单元停止工作，输出低电平信号，电子开关截断；
18.当设备插上电源适配器并且闭合开关时，设备内部电路被激活，再次上电，比较单元判断输入设备内部电路的电压是否符合要求；当电池电量降低以导致设备内部供电电压不稳定或者低于比较单元的比较电压阀值时，比较单元输出低电平，电子开关关断。
19.本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过比较单元、电子开关以及定时激励单元，当由电池对设备内部电路供电时，比较单元实时采集输入设备内部电路的电压即电池的输出电压，当电池输出电压属于低压状态时，比较单元输出的电平信号使得电子开关关断，当按下定时激励单元内的开关或者插上电源适配器使得设备内部电路再次上电时，定时激励单元将电池电压输送至电子开关，激励比较单元，且在比较单元判断输入设备内部电路的电压符合要求，驱动电子开关导通，免去传统电池关断电路需要繁杂的电阻阻值计算的麻烦，不需人为设定关机电压值，可自动根据系统电压稳定状态自行关机，在最大限度使用电池电量的情况下，检测设备内部电源的稳定性自行判断是否需要切断电池电路，在电池关断后，不再消耗电池的电量，具有设计简洁、成本低廉、低关机电流、最大化电
池续航时间的优点。
20.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例提供的一种电池低压自动切断电路的示意性框图；
23.图2为本发明实施例提供的第一开关电源单元的具体电路原理图；
24.图3为本发明实施例提供的第二开关电源单元的具体电路原理图；
25.图4为本发明实施例提供的比较单元的具体电路原理图；
26.图5为本发明实施例提供的电子开关的具体电路原理图；
27.图6为本发明实施例提供的机械开关的具体电路原理图；
28.图7为本发明实施例提供的状态指示单元的具体电路原理图；
29.图8为本发明实施例提供的电量指示单元的具体电路原理图；
30.图中标识说明：
31.10、比较单元；20、电子开关；30、定时激励单元；40、第一开关电源单元；50、第二开关电源单元。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
34.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
35.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
36.请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种电池低压自动切断电路的示意性框图，该一种电池低压自动切断电路可以运用在无线路由、mifi、无线鼠标键盘、对讲机、无线耳机等设备中，实现对于电池供电时的低压自动切断。
37.请参阅图1，上述的一种电池低压自动切断电路，包括：比较单元10、电子开关20以及定时激励单元30；定时激励单元30内设有机械开关；电子开关20、机械开关以及定时激励单元30分别与电池连接，其中，比较单元10，用于采集设备内部电路的供电电压，并进行比较，以输出电平信号；电子开关20，用于根据电平信号进行截断或导通；定时激励单元30，用
于当设备插上电源适配器并且闭合机械开关时，将电池电压输送至电子开关20，电路并不需要计算电池的电量状态，当电池电量降低以导致设备内部供电电压不稳定或者低于比较单元的比较电压阀值时，比较单元输出低电平，电子开关20关断。
38.当设备在室外等等没有适配器供电的场合，电池端vbat连接电池，此时设备内部电路由电池端vbat通过电子开关20取电，当vbat电压不断降低使得3.3v降低，导致比较单元10不工作时，比较单元10输出的电平信号charge_en不再保持高电平，而是输出低电平信号，电子开关20关断，此时图1中的vsys和3.3v电压为0v，直至插上电源适配器并且再次闭合定时激励单元30里的机械开关，vsys和3.3v将会再次上电，比较单元10判断是否输出高电平，当输出高电平信号时，维持开关单元导通。
39.请参阅图1，上述的一种电池低压自动切断电路还包括第一开关电源单元40以及第二开关电源单元50，第一开关单元与第二开关电源连接，电子开关20的一端连接在第一开关电源单元40以及第二开关电源单元50之间。
40.具体地，图1中的vdd_12v_in是外部的电源适配器供电端，也就是与电源适配器连接的端口，当设备在室内使用时，可以由电源适配器供电，这时设备内部电路由vdd_12v_in处通过第一开关电源单元40和第二开关电源单元50降压为3.3v取电。
41.由此可见，本实施例的电路可免去传统电池关断电路需要繁杂的电阻阻值计算的麻烦，不需人为设定关机电压值，电路自动根据系统电压稳定状态自行关机，在最大限度使用电池电量的情况下，检测设备内部系统电源的稳定性自行判断是否需要切断电池电路，在电池关断后，不再消耗电池的电量，达到理论上的0ma的电池切断电流，具有设计简洁、成本低廉、低关机电流、最大化电池续航时间的优点。
42.在一实施例中，请参阅图2，上述的第一开关电源单元40包括用于与电源适配器连接的第一开关电源芯片u15，第一开关电源芯片u15与第二开关电源单元50连接的一端连接有一端接地的第一分压子单元，第一分压子单元包括分压电阻r256以及分压电阻r257，分压电阻r256分别与第一开关电源芯片u15以及分压电阻r257连接，分压电阻r257接地，用以动态调整输出电压。
43.在图2中，vdd_12v_in为电源适配器输入的外电，由第一开关电源芯片u15产生电压：vpow，亦即vsys，也就是开关单元连接的端口。
44.电源适配器输入的电压，经过第一开关电源芯片u15结合第一分压子单元，实现对输入的电压的降压操作。
45.在一实施例中，请参阅图3，上述的第二开关电源单元50包括用于与设备内部电路连接的第二开关电源芯片u16，第二开关电源芯片u165与设备内部电路连接的一端连接有一端接地的第二分压子单元，第二分压子单元包括分压电阻r260以及分压电阻r261，分压电阻r260分别与第二开关电源芯片u16以及分压电阻r261连接，分压电阻r261接地，用以动态调整一个稳定的3.3v输出电压。
46.第一开关电源单元40输出的电压，经过第二开关电源芯片u16结合第二分压子单元，实现对第一开关电源单元40输出电压的降压操作，以实现达到3.3v，供给设备内部电路使用。
47.在一实施例中，请参阅图4，上述的比较单元10包括电压比较器u360，电压比较器u360的输入端与设备内部电路连接，电压比较器u360的输出端与电子开关20连接。
48.电压比较器u360的输入端通过采样电阻r2454采集输入至设备内部电路的电压，电压比较器u360的输出端与电子开关20连接，且在电压比较器u360与电子开关20之间还连接有电池，以实现电池与电子开关20的连接，且电池依序通过电容c638以及二极管d42连接在电压比较器u360的输出端与电子开关20连接。
49.具体地，使用sgm803
‑
sxn3l做电压比较器，当设备内部电路因为电池电压的降低而欠压时，欠压至2.93v，sgm803
‑
sxn3l就会输出低电平至charge_en网络，以关断电子开关20，实现电池低压的自动切断。
50.在一实施例中，请参阅图5，上述的电子开关20包括pmos管m1以及pmos管m2；当电压比较器u360的输出端输出高电平时，pmos管m1的栅极以及pmos管m2的栅极被拉低，电池的电压输入至第二开关电源单元50后输入至设备内部电路；当电压比较器u360的输出端输出低电平时，pmos管m1以及pmos管m2截断。
51.具体地，pmos管m1与电压比较器u360之间连接有三极管q35，pmos管m2与电压比较器u360之间连接有三极管q40。
52.在本实施例中，电子开关20主要是由mos电子开关构成，电子开关20接收来自比较单元10的控制信号charge_en，也就是比较单元10输出的电平信号，当charge_en为低电平时，pmos管m1、m2的栅极为高电平，所以pmos管m1、m2不导通，当charge_en为高电平时，三极管q35、q40将pmos管m1、m2栅极拉低，从而使得pmos管m1、m2导通，进而使得电池与第一开关电源单元40与第二开关电源单元50之间的通道导通，以导通电池电压至vsys，为设备内部电路供电；当设备电池刚充完电，需要从电池取电开机时，需要重新按下机械开关。
53.在一实施例中，请参阅图6，上述的机械开关包括机械开关按钮j14。
54.当开关按钮j14为弹出状态时，开关按钮j14的管脚1和2作为一对、开关按钮的管脚4和5作一对两两连通，开关按钮j14的管脚4接0r电阻到地，作用是使内部电路侧的电容：即图4内的电容c638的vbat端尽快放电到0v，为下一次产生激励信号至charge_en做准备，当开关按钮j14开关按下时，开关按钮j14的管脚2和3作为一对、开关按钮j14的管脚5和6作一对两两连通，vbat_in端为电池侧，开关按钮j14的管脚5和6接通瞬间，因为电容电压不可突变，图4里的二极管d42的a端立即拉升到vbat，亦即电池电压vbat_in，此时charge_en拉高，电子开关20导通，vsys上电给设备内部电路供电，电压比较器u360检测3.3v电压也就是输入设备内部电路的电压是否稳定、是否低于2.93v，若输入设备内部电路的电压稳定、不低于2.93v，电压比较器u360输出高电平，charge_en拉高，电子开关20为导通状态；若输入设备内部电路的电压不稳、低于2.93v，电压比较器u360输出低电平，charge_en待电容c638通过电阻r743放电至低电平，以使输入至电子开关20的电压为低电平，以使得电子开关20恢复为关断状态。
55.在一实施例中，请参阅图7，上述的一种电池低压自动切断电路，还包括状态指示单元，状态指示单元，用于指示电池的接入状况。
56.该状态指示单元包括发光二极管ds16，以通过发光二极管ds16的发光与否提示电池是否接入的状态。
57.在一实施例中，请参阅图8，上述的一种电池低压自动切断电路还包括电池充电单元，电池充电单元用于自动对电池充电，具体地，充电单元包括芯片u359，电池充电芯片u359与电池连接，实现电池自动充电并且显示电池接入或充电状态。
58.上述的电压低压自动切断电路，通过比较单元10、电子开关20以及定时激励单元30，当由电池对设备内部电路供电时，比较单元10实时采集输入设备内部电路的电压即电池的输出电压，当电池输出电压属于低压状态时，比较单元10输出的电平信号使得电子开关20关断，当按下定时激励单元30内的开关并且插上电源适配器使得设备内部电路再次上电时，定时激励单元30将电池电压输送至电子开关20，激励比较单元10，且在比较单元10判断输入设备内部电路的电压符合要求，驱动电子开关20导通，免去传统电池关断电路需要繁杂的电阻阻值计算的麻烦，不需人为设定关机电压值，可自动根据系统电压稳定状态自行关机，在最大限度使用电池电量的情况下，检测设备内部电源的稳定性自行判断是否需要切断电池电路，在电池关断后，不再消耗电池的电量，具有设计简洁、成本低廉、低关机电流、最大化电池续航时间的优点。
59.在一实施例中，还提供了一种电池低压自动切断电路的工作方法，包括：
60.当由电池通过电子开关20对设备内部电路供电时，电池电压降低使得输入设备内部电路的电压降低，比较单元10停止工作，输出低电平信号，电子开关20截断；
61.当设备插上电源适配器并且闭合开关时，设备内部电路被激活，再次上电，比较单元10判断输入设备内部电路的电压是否符合要求；电路并不需要计算电池的电量状态，当电池电量降低以导致设备内部供电电压不稳定或者低于比较单元的比较电压阀值时，比较单元输出低电平，电子开关20关断。
62.需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述一种电池低压自动切断电路的工作方法的具体实现过程，可以参考前述一种电池低压自动切断电路实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。
63.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。